轴向拉压波形钢板阻尼器的力学性能及减震效果研究

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现今,随着人们对建筑结构的性能要求不断提升,消能减震装置被广泛应用于结构设计中。金属阻尼器因其具有良好的滞回耗能能力、价格低廉和使用方便等特点被广泛应用。本文提出了一种轴向拉压波形钢板阻尼器,该阻尼器通过构造设计实现在轴向受力状态下的耗能工作。针对其力学性能和减震效果进行往复荷载作用下的拟静力试验和有限元分析。主要研究内容及所得结论如下:(1)为了设计出一种新型的金属阻尼器,从波形腹板的耗能机理和理论公式入手,分析得到波形腹板的受力耗能原理及其在纯剪状态下的承载能力计算公式。根据该阻尼器的计算公式和稳定性要求确定其影响因素,通过材性试验确定钢材的属性,并设计阻尼器的试验和测量方案。(2)针对轴向拉压波形钢板阻尼器的力学性能设计了7个阻尼器试件并进行拟静力试验研究,试验结果表明:7个阻尼器试件在加载过程中均经历了从弹性阶段到失效阶段的完整过程,耗能腹板在整个过程中基本处于纯剪状态;阻尼器具有良好的延性和耗能能力,滞回曲线稳定且饱满。波形腹板的厚度越小,阻尼器的力学性能越佳,翼缘板主要是起约束腹板和保证试件轴向加载的作用,腹板长宽比的变化主要影响阻尼器的承载能力和耗能性能。(3)采用双线性本构模型和非线性本构模型分别对同一个阻尼器模型进行模拟分析,得到采用非线性本构模型进行模拟所得结果与试验结果更为吻合。然后建立与试验对应的有限元模型并进行计算分析,从滞回曲线、骨架曲线以及不同状态下的变形特征等得到有限元分析结果与试验结果吻合较好,说明有限元分析具有一定的可靠度。(4)在验证了有限元分析与试验具有较好的吻合程度后进行拓展因素分析,可以得出:对于该形式的阻尼器,波形钢板的波角越大,其滞回性能和变形能力越好;当耗能腹板采用低屈服点钢时,阻尼器在进入塑性阶段后,其变形能力和耗能能力远优于普通钢阻尼器;翼缘板的厚度较小时,阻尼器模型会在加载后期发生失稳破坏,故阻尼器的翼缘板厚度不应小于10mm;对于阻尼器试件在可加工制造的范围内波段周期越多,阻尼器的性能越好。(5)采用SAP2000建立钢筋混凝土框架结构进行阻尼器减震性能的研究,从而得到:在多遇地震作用下,通过布设阻尼器对结构的减震性能提升不大。在罕遇地震作用下,通过布设阻尼器可以大幅度增加结构的减震性能;每层布设阻尼器的框架结构减震性能最佳,阻尼器的布设位置(阻尼器布置在边跨或中间跨)对结构的整体减震效果影响不大。
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